Đồ án - Điều khiển tốc độ động cơ dùng IC số pot

Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 1 Việt Nam đang là một nước phát triển và giàu mạnh, để thay đổi nhanh chóng bộ mặt của đất nước Việt Nam như ngày hôm nay thì đã có nhiều đứa con Việt đã âm thầm, học tập, nghiên cứu trên mọi lĩnh vực. Nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại của thế giới, đặc biệt là các lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói chung và ngành điện tử nói riêng. Thế hệ trẻ của chúng ta không ngừng phấn đấu học hỏi thì chúng ta sẽ sớm thụt lùi và lạc hậu nhanh chóng. Chính vì điều đó đã làm cho trường “ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM” đã sớm chủ trương đào tạo theo hình thức sâu rộng, từ thấp đến cao. Để tăng chất lượng học tập thì nhà trường nói chung và khoa điện tử nói riêng đã tạo điều kiện và tổ chức cho sinh viên làm các đồ án. Chính vì làm các đồ án như thế này thì Sinh viên mới nắm bắt được hết những căn bản, từ đó dần nâng cao kiến thức của mình. Vì lẽ đó mà nhóm chúng em đã tham khảo nhiều tài liệu và đi đến quyết định là chọn đề tài: “Điều khiển tốc độ quay của động cơ DC”. MỤC LỤC Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 2 Phần 1: Giới thiệu các linh kiện trong mạch 6 1.1 Các linh kiện sử dụng trong mạch 6 1.2 Giới thiệu linh kiện và tính toán thiết kế mạch 6 1.2.1 Tụ điện 6 1.2.2 Điện trở 7 1.2.3 Diode 7 1.2.4 Led đơn 8 1.2.5 Transistor 8 1.2.6 IC 4017 9 1.2.7 IC 7408 12 1.2.8 IC 7805 14 1.2.9 Relay 14 1.2.10 Encoder 14 Phần 2: Sơ đồ khối và chức năng từng khối. 2.1 Sơ đồ khối 15 2.2 Chức năng từng khối 16 Phần 3: Sơ đồ mạch (nguyên lí + mạch in) và nguyên lí hoạt động mạch 3.1 Sơ đồ nguyên lí 17 3.2 Sơ đồ mạch in 18 3.3 Hoạt động của mạch 19 Phần 4: Kết luận 20 Phần 5: Tài liệ u tham khảo 21 PHẦN 1 Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 3 GIỚI THIỆU TỔNG QT CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 1.1 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH: ¾ Điện trở. ¾ Tụ điện. ¾ Diode 1N4007. ¾ Cơng tắc DIP 10. ¾ Transistor C1815, D718. ¾ Relay 12V. ¾ IC 7408, 4017, 7805. ¾ Led đơn hiển thị. ¾ Động cơ 12V + 1 Encoder. 1.2 GIỚI THIỆU LINH KIỆN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH 1.2.1 Tụ điện: Tụ điện là một linh kiện thụ động cấu tạo của t ụ điện là hai bản cực bằng kim loại ghép cách nhau một khoảng d ở giữa hai bản tụ là dung dịch hay chất điện mơi cách điện có điện dung C. Đặc điểm của tụ là cho dòng điện xoay chiều đi qua, ngăn cản dòng điện một chiều. Khi tụ nạp điện thì tụ sẽ bắt đầu nạp điện từ đ iện áp là 0V tăng dần đến điện áp UDC theo hàm số mũ đối với thời gian t. Điện áp tức thời trên hai đầu tụ của tụ được tính theo cơng thức: U c (t) = U DC (1-e -t/τ ). Khi tụ xả điện thì điện áp trên tụ từ trị số VDC sẽ giảm dần đến 0V theo hàm số mũ đối với thời gian t. Điện áp trên hai đầu tụ khi xả được tình theo cơng thức: U c (t)= U DC .e -t/τ Trong đó: t: thời gian tụ nạp, đơn vị là giây (s). e = 2,71828 τ =RC (đơn vị là –s) Cơng thức tính điện dung của tụ : Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 4 C = ε.S/d ε: là hằng số điện môi s: là điện tích bề mặt tụ m 2 d: là bề giày chất điện môi 1.2.2 Điện trở: Điện trở là linh kiện thụ động có tác dụng cản trở cả dòng và áp.Điện trở đựơc sử dụng rất nhiều trong các mạch điện tử. Điện trở của dây dẫn có trị số điện trở lớn hay nhỏ tùy thuộc vào vật liệu làm dây, tỉ lệ thuận vớ i chiều dài và tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn. Công thức tính: R =ρℓ/S hoặc R=U/I Trong đó : ρ: là điện trở suất của vật liệu, Ωm hay Ωmm 2 /m S: là tiết diện của dây, m 2 hay mm 2 ℓ : là chiều dài của dây (m). R : điện trở, Ohm (Ω). Điện trở có đơn vị tính là Ohm, viết tắt là Ω. 1.2.3 Diode: Diode được cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn p-n được ghép với nhau. Diode thông dụng nhất là 1N4007, có chức năng dùng để đổi điện xoay chiều – thường là điện thế 50Hz đến 60Hz sang điện thế 1 chiều. Tùy lọai của Diode mà nó có thể chịu đựng được dòng từ vài trăm mA đến loại công suất cao có thể chịu đựng đến vài trăm A. Diode chỉnh lưu chủ yếu là loại Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 5 Silic. Hai đặc tính kỹ thuật cơ bản của Diode chỉnh lưu là dòng thuận tối đa và dòng ngược tối đa (điện áp đánh thủng). Hai đặc tính này sẽ do nhà sản xuất cho biết. 1.2.4 Led đơn : Led đơn là một dạng của Diode. Thông thường dòng điện đi qua vật dẫn điện sẽ sinh ra năng lượng dưới dạng nhiệt. Ở một số chất bán dẫn đặc bi ệt như (GaAs) khi có dòng điện đi qua thì có hiện tượng bức xạ quang (phát ra ánh sáng). Tùy theo chất bán dẫn mà ánh sáng phát ra có màu khác nhau. Led có điện áp phân cực thuận cao hơn diode nắn điện nhưng điện áp phân cực ngược cực đại thường không cao. Phân cực thuận : V D = 1,4V – 1,8 V(led đỏ). VD = 2V – 2,5V (led vàng). V D = 2V – 2,8 V(led xanh lá). I D = 5mA – 20mA (thường chọn 10mA). Led thường được dùng trong các mạch trạng thái báo hiệu, chỉ thị trạng thái của mạch như báo nguồn, trạng thái thuận hay ngược… 1.2.5 Transistor : C1815 là Transistor BJT gồm ba miền tạo bởi hai tiếp giáp p–n, trong đó miền giữa là bán dẫn loại p. Miền có mật độ tạp chất cao nhất, kí hiệu n+ là miền phát (emitter). Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu n, gọi là miền thu (collecter). Miề n giữa có mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu p, gọi là miền gốc (base). Ba chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với ba cực emitter (E), base (B), collecter (C) của transistor. Đặc tính kỹ thuật của transistor : -Điện áp giới hạn : có 3 loại : BV CEO : điện áp đánh thủng giữa C và E khi cực B hở. BV CBO : điện áp đánh thủng giữa C và B khi cực E hở. BV EBO : điện áp đánh thủng giữa E và B khi cực C hở. Trư ờ I cma x Dò n Dò n Ch ứ mạ c Khi tra n 1.2. Đâ y Hì n IC 4 sau : phé p ờ ng ĐHCN T -Dòng đ x là dòng đ n g t ối đa đ ư n g t ối đa đ ư ứ c năng c ủ c h điện. -Công s có dòng n sistor, cô n Ký hiệ u 6 Giới thi y là một I C n h dáng củ a 4 017 có tổ : o C p là trong k o C T p.HCM đ iện giới h đ iện tối đa ư a vào cự c ư a vào cự c ủ a transist o s uất giới h ạ điện qua n g suất sin h u : transisto ệu IC 401 C chia tần v a IC 4017: ng cộng s ố C hân số 1 6 k hoảng từ C hân số 8 l h ạn : ở cực C v à c B là : 10 m c C là : 10 0 o r chủ yếu ạ n : transisor h ra được t r loại NP N 7: v ới hệ số c h ố chân là 1 6 là chân n 3-15 V. à chân nố i Đồ án 1: Đ à I bmax là d ò m A. 0 mA. là khuyế c sẽ sinh r t ính theo c ô N h ia tần từ 2 1 6, trong đ n guồn Vcc i mass. Đ iều khiển t ố ò ng điện t ố c h đại tín h a 1 công ô ng thức : 2 tới 10. đ ó chức nă n hoạt độn g ố c độ quay c ố i đa ở cự c h iệu và đó suất nhiệ t P T =I C .V C E ng của từ n g với mức c ủa Động c ơ c b. ng ngắt c á t làm nó n E n g chân n h điện áp c h ơ á c n g h ư h o Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 7 Ngoài các chân nguồn và mass thì IC 4017 có các chân có chức năng hoạt động rất quan trọng là: o Chân 15 là chân Master Reset hoạt động tích cực mức thấp có nhiệm vụ làm các ngõ ra sẽ đếm trở lại về vị trí hoạt động ban đầu. Cụ thể khi tích cực mức thấp cho chân 15 hoạt động thì các ngõ ra từ 0 1 -0 9 sẽ trở về mức thấp, còn ngõ ra 0 5-9 sẽ trở lại mức cao. Chân này hoạt động hoàn toàn độc lập với các chân Clock 14 và 13. o Chân 14 là chân xung clock hoạt động tích cực mức cao. Chân này có chức năng đưa xung clock từ bên ngoài vào để cấp cho IC hoạt động. o Chân 13 cũng là chân xung clock nhưng hoạt động ở mức thấp. Hai chân này có mối liên hệ tương quan như sau: khi ở trạng thái bình thường: chân 14 ở mức cao, chân 13 ở mức thấp thì IC sẽ hoạt động bình thường, các ngõ ra sẽ tu ần tự xuất giá trị. Trong quá trình các ngõ ra đang hoạt động, ta kích mức cao cho chân 13 thì giá trị nào đang ở mức cao sẽ giữ nguyên trạng thái, các ngõ ra còn lại sẽ ở trạng thái mức thấp hết. o Các chân 3, 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9, 11 lần lượt sẽ là thứ tự của các giá trị xuất ra. o Chân 12 hoạt động mức thấp trong 5 giá trị xuất ra đầu tiên. Nó sẽ hoạt động mức cao trong 5 giá trị xuất ra sau đó. Cấ u tạo bên trong IC 4017: Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 8 Bảng sự thật: 1. H = trạng thái mức cao (điện thế dương hơn). 2. L = trạng thái mức thấp (điện thế âm hơn). 3. X = phi trạng thái. 4. chuyển bậc thang - mức dương 5. chuyển bậc thang - mức thấp Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 9 Biểu diễn dạng tín hiệu ngõ ra theo tín hiệu vào xung Clock: 1.2.7 IC 7408: IC 7408 là 1 trong các IC số thông dụng trong các mạch số. Hình dáng các chân của IC: Trư ờ Tro n cổn g đó. cho thì h Bả n Ở đ Cò n chấ p Tro n hiệ u ờ ng ĐHCN T n g IC này o C g AND th e o C o C phép là t ừ h oạt động t n g sự thật c đ ây khi 2 t í n 1 trong c p ngõ còn n g m ạch n u cần thiết T p.HCM có tổng c ộ C hân 1, 2, e o từng cặ p C hân 3, 6, 8 C hân 14 n ố ừ 4,5 V đ ế t ốt nhất. C c ủa IC 740 í n hiệu cù n á c tín hiệ u lại là mức n ày IC 74 để tạo ra g ộ ng 4 bộ c ổ 4, 5, 9, 1 0 p . 8 , 11 thì l ầ ố i nguồn V ế n 5,5 V. T C hân 7 nối m 8: n g vào ở m u vào là m ứ cao hay t h 0 8 được s g iá trị cần s Đồ án 1: Đ ổ ng AND. 0 , 12, 13 l ầ ầ n lượt là t ấ V CC với m T hường th ì m ass. m ức cao t h ứ c thấp thì h ấp. s ử dụng v ớ s ử dụng. Đ iều khiển t ố Thứ tự cá c ầ n lượt là ấ t cả ngõ r m ức điện á ì điện áp t h ì ngõ ra s ẽ ngõ ra sẽ ớ i mục đí c ố c độ quay c c chân nh ư các ngõ v à r a của 4 b ộ á p hoạt độ t rung bình ẽ tích cực tích cực m c h là AN D c ủa Động c ơ ư sau: à o của 4 b ộ cổng AN D ng giới h ạ khoảng 5 V ở mức ca o m ức thấp b ấ D những t í ơ b ộ D ạ n V o . ấ t í n [...]... 16 VCC GND 8 Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 3.2 Sơ đồ mạch in: - 15 - Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 3.3 Nguyên lí hoạt động: Ý nghĩa của mạch này là kiểm soát động cơ DC quay theo ý của người sử dụng Tức là, ta có thể cho động cơ quay bao nhiêu vòng tùy ý Sau khi quay đúng số vòng mà ta ấn định cho động cơ ban đầu thì nó sẽ ngừng quay... động cơ thì động cơ sẽ quay, Encoder bắt đầu đếm xung, đủ số vòng thì tín hiệu được chọn ban đầu sẽ được chốt bằng cổng AND Tín hiệu được chốt này sẽ kích cho Rơle đóng lại làm động cơ ngưng ngưng hoạt động Ngoài ra, để dễ dàng kiểm tra,ta có thể điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ qua bộ khuyếch đại điện áp - 16 - Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ PHẦN 4 KẾT LUẬN Đồ. .. NẠP CHO ĐỘNG CƠ KHỐI ĐIẾU CHỈNH TỐC ĐỘ QUAY CỦA ĐỘNG CƠ ENCODER ĐẾM VÒNG QUAY ĐỘNG CƠ CHỐT TÍN HIỆU ĐƯA VÀO 12 Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 2.2 Chức năng từng khối: 2.2.1 Khối nguồn: Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp nguồn hoạt động cho các khối trong mạch Cụ thể trong mạch này, ta sử dụng 2 nguồn riêng biệt Thứ nhất là nguồn 5VDC dùng để nuôi các IC hoạt động tạo ra... Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 1.2.8 IC 7805: IC 7805 là IC ổn áp dương Đối với IC này người ta dùng tụ thoát 0,33 μ F khi không cần thiết cho ổn định, có thể dùng tụ 0,1 μ F ở ngõ ra để cải thiện đáp ứng quá độ của ổn áp Các tụ này phải đặt trên hay càng gần các IC ổn áp càng tốt 1.2.9 Relay: Đặc điểm: - Dòng chịu được 10 A - Áp chịu được 250 VAC - Độ nhạy cao - Điện áp đánh thủng... chuẩn tránh trường hợp nhiễu khi điện thế không đúng với mức hoạt động của IC Thứ hai là nguồn dùng để nuôi động cơ hoạt động Ở đây ta dùng động cơ DC 12V nên sử dụng nguồn 12V riêng cho động cơ này 2.2.2 Khối xử lý các giá trị cần nạp cho động cơ: Là một khối gồm nhiều bộ đếm tín hiệu 4017 (ở trong mạch là 4 bộ) có nhiệm vụ đếm tín hiệu được phát ra từ Encoder khi Encoder đếm vòng quay của động cơ để... lần động cơ quay qua 1 rãnh nhỏ đó thì bộ thu nhận tín hiệu từ bộ phát, tạo ra 1 xung Cứ đủ số rãnh đó thì động cơ sẽ quay đúng 1 vòng Ở mạch này, nhóm em chỉ dùng 1 rãnh nhỏ để tăng số vòng quay cũng như để dễ sử dụng hơn 11 Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ PHẦN 2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI TRONG MẠCH 2.1 Sơ đồ khối: KHỐI NGUỒN KHỐI XỬ LÝ CÁC GIÁ TRỊ CẤN NẠP CHO ĐỘNG... để đưa vào khối chốt tín hiệu 2.2.3 Khối điều khiển tốc độ quay của động cơ: Điện áp cấp từ nguồn sẽ qua C1815 được phân cực sao cho nó đủ để kích Transistor D718 hoạt động Sau khi kích cho D718 hoạt động ở chế độ tuyến tính thì động cơ sẽ thay đổi được tốc độ do sự thay đổi dòng điện từ D718 thông qua biến trở 100k 2.2.4 Encoder: Đếm số vòng quay của động cơ rồi xuất tín hiệu đã đếm được đưa vào bộ... động cơ bằng các công tắc Switch 10 Các Switch tượng trưng cho các hàng đơn vị, chục, trăm và nghìn Đơn vị ở đây tính bằng xung vì Encoder như ta giải thích ban đầu tức là sau khi động cơ quay đúng 1 vòng thì sẽ có 1 xung từ Encoder được cấp vào IC 4017 đầu tiên Ví dụ như ta chọn số vòng quay mà động cơ cần quay là 20 vòng Lúc này ta gạt Switch 1 ở mức 1, Switch 2 ở mức 3 Sau đó, ta nhấn nút khởi động. .. rồi xuất tín hiệu đã đếm được đưa vào bộ đếm 4017 2.2.5 Khối chốt tín hiệu: Gồm 4 bộ cổng AND Mỗi 1 bộ cổng AND sẽ chốt tín hiệu ở 1 bộ đếm tín hiệu 4017 13 Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ Trường ĐHCN Tp.HCM PHẦN 3 SƠ ĐỒ MẠCH 3.1 Sơ đồ nguyên lí: 5V R46 10 CON3 14 13 U1 CLK ENA Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 C3 12V 1 5V 2 GND C1... Đồ án 1 là một bài tập lớn, một thử thách lớn đối với sinh viên, tuy nhiên với bài tập lớn này thì nó giúp cho sinh viên vận dụng một cách cụ thể kiến thức mà mình đã học trong suốt quá trình học tập Đây là cũng là 1 cách học theo phương pháp tư nghiên cứu, tìm tòi, và phong cách làm việc theo nhóm để quen dần với cách làm đồ án tốt nghiệp sau này - 17 - Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ . ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ - 15 - 3.2 Sơ đồ mạch in: Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ - 16 - 3.3 Nguyên. hoạt động của IC. ¾ Thứ hai là nguồn dùng để nuôi động cơ hoạt động. Ở đây ta dùng động cơ DC 12V nên sử dụng nguồn 12V riêng cho động cơ này. 2.2.2 Khối xử lý các giá trị cần nạp cho động cơ: . đến quyết định là chọn đề tài: Điều khiển tốc độ quay của động cơ DC”. MỤC LỤC Trường ĐHCN Tp.HCM Đồ án 1: Điều khiển tốc độ quay của Động cơ 2 Phần 1: Giới thiệu các